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不做人的小剪刀相关技术背景科普大白话版(第3页)

于是我们真的这么做了。

在过去的50年间,多种基因编辑相继诞生,让我们真正成为了生命的设计师,能够修改生命的蓝图,从而治愈某些疾病。

首先,要从crispr技术说起,因为这一个,最为有趣,也最为传奇。

早年间,一些科学家在研究大肠杆菌的时候,偶然间发现它的基因组dna上有一些看起来怪里怪气的重复结构:有一段29碱基的序列反复出现了5次,两两之间都被32个碱基形成的看起来杂乱无章的序列隔开了。

大家都知道,dna作为遗传物质,它的功能就是通过“中心法则”生产蛋白质。要么直接生产,要么辅助生产,而这种串联起来的重复结构看上去两者都挨不上边。

几年后,科学家弗朗西斯科?莫西卡在另一种细菌——地中海嗜盐菌里又一次发现了这种古怪的重复序列。大肠杆菌和地中海嗜盐菌,从生活环境到进化历史都毫无相似之处可言,这让他十分疑惑。

于是他在海量的微生物中继续寻找,竟然在20种不同微生物中都发现了类似的重复dna结构,把它们命名为crispr。

显然,crispr不可能是偶然现象,它一定是有着非常重要乃至性命攸关的生物功能。因为自然选择不允许这么多毫不相干的物种,同时保留一段相同的废物dna。

经过漫长的研究,他终于发现,这些dna序列不止存在于细菌中,而是和许多病毒的基因组序列高度一致。是细菌在基因组里收藏了这些病毒不同角度的快照。

这些携带着某种病毒信息的crispr序列具有病毒疫苗的功能,可以让细菌免于被这种病毒入侵。如果把这种crispr转移到另一种细菌中,也同样能让新的细菌具有免疫力。

和人类的免疫功能类似。细菌会把细胞内存在的所有dna都一一抓来和crispr序列仔细比对,一旦发现两者完全一致,就意味着病毒在细胞内出现了,于是立刻启动防御机制。

crispr就是细菌的记账本,每一次遭到病毒入侵,就会把这个病毒的特征记到本本上,用于秋后算账。当那个不知好歹的东西再一次现身时,便以最快地速度,重拳出击。

具体来说,crispr序列会被首先转录成rna分子,称为向导rna。这个向导rna会和细胞内的某种名为cas的蛋白质结合,形成一种核糖核蛋白复合物,简称为rnp。rnp会像哨兵一样在细胞里勤勤恳恳地终日巡逻。

而这位哨兵寻找的对象,就是任何一段能够和向导完美配对的dna分子。一旦两者相遇,哨兵就会启动cas蛋白的切割功能,将这段dna切成一个个小的片段,成功地把敌人给碎尸万段了。

这时,可能有人要问了,细菌里的crispr和人类的基因编辑有什么关系呢?

那些可怜的遗传病患者,他们的dna与正常dna通常只有几个或几十个碱基不一样,要想修正他们的基因组,就要精确地定位到不一样的地方。否则,只放一些小剪刀进去对着dna长链乱剪乱切,这人肯定就活不了了。

所以,如何生产一个gps,让剪刀找到正确的目标再剪,是一个重要的技术难题。

而细菌crispr系统里的向导rna就是这个难题的答案。

如果我们能够在体外合成特定的向导rna,并让它能够特异性识别某些dna片段,问题不久迎刃而解了吗?

于是,crispr技术便应运诞生了。经过一众科学家十余年的努力,我们可以任意地合成向导rna和cas蛋白,由它们俩组成的人工rnp可以通过多种方式被导入细胞,被向导rna带到正确的地方,再下剪子。

但是,可能有人要问了,如果这把带gps的剪子如此好用,我们现在又为什么依然要受到那些基因缺陷疾病的困扰?为什么没有人造生物?为什么没有实现基因飞升?

这时因为,这些可爱的小剪子,有着一些致命的缺陷。

首先,由于各方面的限制,向导rna不能太长,通常也就是20来个碱基对的长度。要知道,人类dna上可是有30亿碱基对,区区长度为20的碱基片段,可能在dna长链中随处可见。

所以这些可爱的小剪刀在发挥作用时,也可能也同时剪到其它奇奇怪怪的地方,造成各种乱七八糟的突变,导致细胞死亡。

其次,小剪刀在发挥作用时,需要目标基因的上游存在一个特定的短的碱基序列,我们称之为pa序列。如果实际操作中,目标基因上游到处都没有pa序列,那么即使小剪刀找到了正确位置,也无法咔嚓一刀剪下去。

最后,小剪刀也是有脾气的。有时,它的gps没有找到完全匹配的dna片段,但小剪刀就是想剪。于是它便会随便找一段类似的dna片段,咔嚓一下剪下去。然后转身就走,深藏功与名。

以上三种情况,在专业术语里,叫做“脱靶”。

小剪刀很好用,但奈何小剪刀经常不做人。因此,这项技术的实际效果,目前来说并不理想。

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